【正文】 D 轉(zhuǎn)換程序 ................................................................................................ 39 第七章 結(jié)論 ............................................................................................................. 40 致謝 ............................................................................................................................. 41 參考文獻 ..................................................................................................................... 42 附錄 ............................................................................................................................. 43 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 第一章 緒論 研究背景和意義 基于 TC787 芯片設(shè)計三相橋式全控整流觸發(fā)電路和基于 89C51 單片機設(shè)計控制及顯示電路，將觸發(fā)角和 整流輸出電壓在 LCD 上顯示 。 晶閘管發(fā)展的現(xiàn)狀 在晶閘管出現(xiàn)前，用于電力變 換的電子技術(shù)已被應(yīng)用： 1904 年出現(xiàn)的電子管(Valve)，能在真空中控制電子流，并且應(yīng)用于通信和無線電領(lǐng)域，從而開始了電子技術(shù)的先河。 以后出現(xiàn)的水銀整流器（ Mercuryvapour thyratrons），其性能和晶閘管挺相似的。在 30 年代至 50 年代，是 Mercuryvapour thyratrons 發(fā)展并迅速大量應(yīng)用的時期。它廣泛應(yīng)用于電化學(xué)行業(yè)、電氣鐵道直流變電行業(yè)及軋鋼用直流電動機傳動領(lǐng)域，甚至用于直流輸電。各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論己經(jīng)發(fā)展完善并且廣范應(yīng)用。在晶閘管出現(xiàn)之后 的很長一段時期內(nèi)，所有使用電路的形式仍然是以這些形式為主。除水銀整流器能將交流電變成直流電外，還有發(fā)現(xiàn)更早的像電動機 直流發(fā)電機組，即是變流機組。對應(yīng)的是旋轉(zhuǎn)變流機組，靜止變流器的稱呼從 Mercuryvapour thyratrons 開始并沿用至今。 1947 年在美國貝爾實驗室發(fā)明了晶體管（ Transistor），引發(fā)了整個電子技術(shù)領(lǐng)域的一場革命；晶閘管（ 1957 年） SCR（ Silicon Controlled Rectifier）能夠通過門極控制其觸發(fā)開通，但三再通過門極不能控制其關(guān)斷，屬于半控型器件。 現(xiàn)在承受的電壓、電流容量最高的器件仍然是晶閘管，并且工作很可靠，所以大量使用許多大容量場合。 電力電子技術(shù)的前景 高頻率、大容量、低損耗、小體積（芯片利用率高）、易驅(qū)動、模塊化是現(xiàn)在電力電子器件發(fā)展的目標(biāo)。 減小電力電子器件的開關(guān)損耗是基于新的控制技術(shù)的使用，例如軟開關(guān)技術(shù)；通過諧振電路后能使器件在零電壓（ ZVS）或零電流（ ZCS）的狀態(tài)下進行開或者關(guān)。 高效、節(jié)能、小型化和智能化是目前電力電子應(yīng)用系統(tǒng)的方向發(fā)展。 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 晶閘管的應(yīng)用 交通運輸：整流裝置被采用在電氣機車中的直流機車中，變頻裝置 被采用在交流機車上。鐵道車輛也廣泛應(yīng)用直流斬波器?，F(xiàn)在高速發(fā)展的磁懸浮列車，電力電子技術(shù)的應(yīng)用更是一項關(guān)鍵技術(shù)。車輛中的蓄電池的充電也離不開電力電子裝置，其各種輔助的電源也都離不了電力電子技術(shù)。電力電子裝置控制電動汽車的電機進行電力變換和驅(qū)動控制?？刂齐姍C被多次應(yīng)用在一臺高級汽車中，它們也需靠著斬波器和變頻器驅(qū)動并且控制。不同型號的電源也被應(yīng)用在飛機、船舶上，所以航海和航空全部離不開電力電子技術(shù)。如果交通運輸工具包括電梯，電力電子技術(shù)也要被應(yīng)用。以前直流調(diào)速系統(tǒng)被大量應(yīng)用于電梯，最近幾年交流變頻調(diào)速被廣泛應(yīng) 用。 一般工業(yè)：直流電動機的調(diào)速性能很好，給其供電的電力電子裝置都是可控整流電源或者是直流斬波電源。近年來迅速發(fā)展的電力電子變頻技術(shù)，使得交流電機的調(diào)速性能可以與直流電機相當(dāng)，使得交流調(diào)速技術(shù)被大量應(yīng)用并且占據(jù)著主導(dǎo)的地位。像電解鋁、電解食鹽水等電化學(xué)工業(yè)在大量使用著直流電源。大容量整流電源被急需用在冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、直流電弧爐電源及淬火電源等場合。電鍍等一些裝置也需要整流電源。 電力系統(tǒng)：電子電力系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用了大量電力電子的技術(shù)。末了客戶在使用電能的時候，經(jīng)常性的進行預(yù)處理。如無功補 償、濾波、降壓等等。據(jù)統(tǒng)計，在一些發(fā)達國家中用戶末了小號的電能里有 70%經(jīng)過了一次電力電子變流裝置的一般處理?，F(xiàn)代化的電力電子系統(tǒng)中，關(guān)鍵技術(shù)之一就是電力電子技術(shù)。可以這樣地說，離開電力電子技術(shù)，現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)是不可想象的。大容量、長距離輸電時直流輸電有很大的優(yōu)勢，其逆變閥的受電端和整流閥的送電端全都采用晶閘管的變流裝置。現(xiàn)在發(fā)展起來柔性的交流輸電能夠大幅度的提高電網(wǎng)輸穩(wěn)定性和電能力。手段：連續(xù)、精確、快速地控制大容量無功和有功等性能的實現(xiàn)對系統(tǒng)的功率流向、潮流變化、阻尼振蕩、輸送能力的性能加以提高和改進 。像有源的濾波器（ APF Active Power Filter）一可進行應(yīng)用端的諧波抑制和無功補償。 各種開關(guān)的電源和不間斷著的電源（ UPS），應(yīng)用這一類的最為普遍。像各類電力電子裝置大致都用不同的電壓等級直流的電源提供電?，F(xiàn)在高頻開關(guān)電源己被采用了全控型器件，以前晶閘管整流電源被用在通信設(shè)備中的程控交換機。現(xiàn)在小型計算機的內(nèi)部電源、大型的計算機應(yīng)用的工作電源也全部采用了高頻開關(guān)電源。在一些電子裝置中，以前線性穩(wěn)壓電源被大量采用供電，因為高頻的開關(guān)電源重量輕、體積小、效率高，現(xiàn)在線性電源己被慢慢取代了 。 家用電器：家用的電器中起著重要地位的有照明。因為電子照明的電源發(fā)光效率煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 高、體積小、可以節(jié)約大量能源，經(jīng)常被叫做“節(jié)能燈”，傳統(tǒng)的日光燈和白熾燈正被逐漸取締。家用電器里被大量應(yīng)用電子技術(shù)，像變頻空調(diào)器。家用計算機、音響設(shè)備、電視機、等電子設(shè)備電源模塊也大量需要電力電子技術(shù)。此外，有些微波爐、電冰箱、洗衣機等電器也都大量應(yīng)用了電力電子技術(shù)。 利用和開發(fā)新能源：傳統(tǒng)發(fā)電的方式有水力發(fā)電、火力發(fā)電以及后來興起的核能發(fā)電。能源危機以后，各種可再生能源、新能源以及新型的發(fā)電方式逐漸受到重視。其中風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電 的發(fā)展比較快，備受關(guān)注的還有燃料電池。風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電因環(huán)境有限制，產(chǎn)生的電力質(zhì)量比較差，改善電能的質(zhì)量必須經(jīng)常用儲能的裝置緩沖，這樣就需要用到電力電子技術(shù)。要是和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的時候，也離不了電力電子技術(shù)。為了水力發(fā)電資源能被合理地利用，最近抽水儲能發(fā)電站備受重視。像里面的大型的電動機調(diào)速和起動都需要電力電子技術(shù)。未來里一種儲能方式超導(dǎo)儲能，它將用強大的直流電源提供電，電力電子技術(shù)也離不了。核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生注入能量和強大磁場時，需要一些大容量脈沖的電源，電力電子裝置就是這種電源。某些特殊場合和科學(xué)實驗 ，特種電源被大量應(yīng)用。 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 第二章 主電路設(shè)計及原理 主電路設(shè)計 其原理圖如圖 21 所示 。 圖 21 三相橋式全控整流電路原理圖 將其中的 3 個晶閘管（ VT VT VT5） 的 陰極連接在一起稱為共陰極組；的3 個晶閘管（ VT VT VT2） 的 陽極連接在一起稱為共陽極組。此外，晶閘管習(xí)慣上 要按照 從 1 至 6 的順序?qū)ǎ?因此 按圖 21 所 示的順序?qū)⒕чl管編號， 就是 與 a、b、 c 三相電源相接的共陰極組 的 3 個晶閘管分別為 VT VT VT5，與 a、 b、 c 三相電源相接的共陽極組 的 3 個晶閘管分別為 VT VT VT2。 在以后 的分析 就能了解 ，按 圖 21 編號，晶閘管的導(dǎo)通順序為 VT1－ VT2－ VT3－ VT4－ VT5－ VT6。 每個工作周期中對于每相二次電源來說，即有負電流，也有正電流，所以沒有直流磁化的問題，提高了繞組的利用率。 178。 1 三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ =0176。時的情況 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 圖 22 三相橋式全控整流電路（帶電阻負載 ａ =0176。時的波形） 1）帶電阻負載時的工作情況 表 21三相橋式全控整流電路電阻負載 ａ =0176。 時晶閘管工作情況 （ 1）ａ =0176。時的情況 178。對于共陽極組的 3 個晶閘管，陰極所接交流電壓值最低的一個導(dǎo)通。 178。對于共陰極阻的 3 個晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個導(dǎo)通。 178。從線電壓波形看，線電壓中最大的一個為 Ud，因此 Ud 的波形為線電壓的包絡(luò)線。 時段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 整流輸出電壓 Ud Ua– Ub =Uab Ua– Uc =Uac Ub– Uc =Ubc Ub– Ua =Uba Uc– Ub =Uca Uc– Ub =Ucb 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 178。任意時刻共陽極組和 共陰極組中各有 1 個晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。其余的均處于斷開狀態(tài)。 178。觸發(fā)角ａ的起點，還是要從自然換相點來開始計算，注意正負方向都有自然換相點。 （ 2）三相橋式全控整流電路的特點： . 兩個同時導(dǎo)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各有一個導(dǎo)通，且不能為同相的兩個否則沒有輸出。 . 對觸發(fā)脈沖的要求： . 按 VT1— VT2— VT3— VT4— VT5— VT6 的順序，相位依次差 60176。 . 共陰極組 VT VT VT5 的脈沖依次差 120176。，共陽極組 VT VT VT2也依次差 120176。 . 同一相的上下兩個橋臂， 即 VT1 與 VT4， VT3 與 VT6， VT5 與 VT2，脈沖相差 180176。 . Ud 一周期脈動 6 次，每次脈動的波形都一樣，所以三相全橋電路稱為 6 脈波整流電路。 . 需保證同時導(dǎo)通的 2 個晶閘管均有脈沖（采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)（大于 60176。）。 . 另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）：在 Ud 的 6 個時間段，均給應(yīng)該導(dǎo)通的 SCR 提供觸發(fā)脈沖，而不管其原來是否導(dǎo)通。所以每隔 60176。就需要提供兩個觸發(fā)脈沖。 . 實際提供脈沖的順序為： VT1， VT2— VT2， VT3— VT3， VT4— VT4， VT5—VT5， VT6— VT6， VT1— VT1， VT2，不斷重復(fù)。 . 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同為： UFM =URM= U2 178。 2 三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ =30176。 時的情況 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 圖 23 三相橋式全控整流電路（帶電阻負載 ａ =30176。 時的波形） 晶閘管起始導(dǎo)通時刻推遲了 30176。，組成的每一段線電壓因此推遲 30176。 。 ●從 Ut1 開始把一周期等分為 6 段， Ud 波形仍由 6 段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號等仍符合表 21 的規(guī)律。 ●變壓器二次側(cè)電流 iu 波形的特點：在 VT1 處于通態(tài)的 120176。期間， iu 為正，iu波形的形狀與同時段的 Ud 波形相同，在 VT4 處于通態(tài)的 120176。期間， iu波形的形狀也與同時段的 Ud 波形相同，但為負值。 178。 3 三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ =60176。時工作情況 Ud 波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，平均值繼續(xù)降低。 ａ =60176。時 Ud 出現(xiàn)為零的點。（因為在該點處，線電壓為零） 178。 4 三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ﹥ 60176。時工作情況 當(dāng) ａ﹥ 60176。時，如 ａ =90176。時電阻負載情況下的工作波形如圖 24 所示： 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 圖 24三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ =90176。 時的波形 小結(jié)： ● 當(dāng) ａ≦ 60176。時， Ud 波形均連續(xù)，對于電阻負載， id 波形與 Ud 波形一樣，也連續(xù)； ● 當(dāng) ａ﹥ 60176。時， Ud 波形每 60176。中有一段為零， Ud 波形不能出現(xiàn)負值； ● 帶電阻負載時三相橋式全控整流電路 ａ 角的移相范圍是 120176。 三相橋式全控整流電路電感性負載 178。 1 三相橋式全控整流電路電感性負載時的工作情況： 當(dāng) ａ≦ 60176。時： Ud 波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓 Ud